來自哈佛醫(yī)學院神經(jīng)生物學系,，哈佛大學Rowland研究院的研究人員發(fā)現(xiàn)神經(jīng)遞質釋放的不對稱性能幫助果蠅快速的進行氣味識別 ,，并且嗅覺受體神經(jīng)元ORN激發(fā)時間和速率上的細微差異，也會導致嗅覺行為的差異,。相關成果公布在12月23日Nature雜志在線版上。
領導這一研究的是哈佛大學醫(yī)學院神經(jīng)生物學家Rachel Wilson，這位女科學家曾于2008年與其他三位女科學家包攬了麥克阿瑟獎（麥克阿瑟獎別名“天才獎”,，詳細見4美女科學家包攬“麥克阿瑟”生物類獎），Wilson主要研究方向為大腦識別不同氣味的機制,。脊椎動物和無脊椎動物的初級嗅覺神經(jīng)負責探測氣味的大類,，另外一些高級的神經(jīng)元負責精細的氣味分類。通過檢測果蠅神經(jīng)元的活性,，Wilson希望能找出神經(jīng)元識別氣味和周圍環(huán)境的機制,。
嗅覺是一種重要的感官，也是最神秘的一種感官,。2004年諾貝爾生理/醫(yī)學獎授予了美國科學家理查德·阿克塞爾和琳達·巴克,，以表彰兩人在氣味受體和嗅覺系統(tǒng)組織方式研究中作出的杰出貢獻，因為他們的研究增加了人們對“人類感官中最難解開的謎團之一”的理解,。
對于昆蟲而言,，嗅覺十分重要，它們可以通過檢測一種氣味,，比較來自兩個觸角的信號,，從而改變方向,。然而果蠅在利用這種策略方面，與昆蟲不同,，前者主要通過雙側ORN（bilateral ORN projections）,，ORN也就是嗅覺受體神經(jīng)元，其在兩側接收到的信號,，能傳遞到大腦的兩側,。這種雙側信號比較于單側信號也許更為有利，但是對于其中具體的偏側行為,，科學家們還不是很清楚,。
在這篇文章中，研究人員發(fā)現(xiàn)一種不對稱的神經(jīng)遞質釋放,，能幫助果蠅快速的進行氣味識別 ,，從而根據(jù)嗅覺鑒別細微的差別，進行轉向等活動,。
研究人員發(fā)現(xiàn)從同側軸突分支發(fā)出的每個ORN,，要比對側分支上發(fā)出的ORN，釋放的神經(jīng)遞質要多出百分之四十,，這樣就會導致當某種氣味不對稱刺激觸角的時候,，同側的中樞神經(jīng)元就會在對側神經(jīng)元發(fā)出信號之前幾個毫秒，開始發(fā)出信號,，并且速率也要快上30％至50％,。
研究證實，飛行中的果蠅能識別出投射到左邊和右邊觸角葉總ORN中5％的不對稱信號,，從而能在更短時間內(nèi)調整方向,，避免繞圈浪費時間。
這些結果表明,，神經(jīng)遞質釋放特征可以獨立于,，單一神經(jīng)軸突對兩個功能和形態(tài)上都相同的靶細胞傳遞信息所產(chǎn)生的突觸，也就是說,，神經(jīng)遞質的釋放可以與軸突突觸不相同,。而且這項研究也證明ORN激發(fā)時間和速率上的細微差異，也會導致嗅覺行為的差異,。(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/nature11747
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Asymmetric neurotransmitter release enables rapid odour lateralization in Drosophila
Quentin Gaudry, Elizabeth J. Hong, Jamey Kain, Benjamin L. de Bivort & Rachel I. Wilson
In Drosophila, most individual olfactory receptor neurons (ORNs) project bilaterally to both sides of the brain1, 2. Having bilateral rather than unilateral projections may represent a useful redundancy. However, bilateral ORN projections to the brain should also compromise the ability to lateralize odours. Nevertheless, walking or flying Drosophila reportedly turn towards the antenna that is more strongly stimulated by odour3, 4, 5. Here we show that each ORN spike releases approximately 40% more neurotransmitter from the axon branch ipsilateral to the soma than from the contralateral branch. As a result, when an odour activates the antennae asymmetrically, ipsilateral central neurons begin to spike a few milliseconds before contralateral neurons, and at a 30 to 50% higher rate than contralateral neurons. We show that a walking fly can detect a 5% asymmetry in total ORN input to its left and right antennal lobes, and can turn towards the odour in less time than it requires the fly to complete a stride. These results demonstrate that neurotransmitter release properties can be tuned independently at output synapses formed by a single axon onto two target cells with identical functions and morphologies. Our data also show that small differences in spike timing and spike rate can produce reliable differences in olfactory behaviour.
